Стабилизатор напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и/может быть использовано в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений . Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей.Введение в схему из трех транзисторов, трех резисторов и дифференциального усилителя дополнительного резистора, включенного между эмиттерами двух транзисторов, позволяет получить не только основное , но и термозависнмое напряжение. Введение четвертого транзистора и пятого резистора позволяет получить в устройстве высокостабильное напряжение относительно общей шины, а введение пятого транзистора и шестого резистора получить дополнительно термозависимый ток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. С 9 (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУ6ЛИН

„„SU„„1628053

А1 (у)5 с 05 Р !/56

:; ГГИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НО МИТЕ Т

Il0 ИЭО6РЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH П<НТ СССР (21) 4656097/07 (22) 28,02.89 (46) 15.02.91. Бюл, !! 6 (72) Д.Г.Григоруца, Н.P.Òåâñ и А.В,Чурбаков (53) 621.316.722 ° 1 (088.8) (56) Хоровиц П., Хилл У. Р!скусство схемотехники, М.: Мир, !983, т.1, с. 319-321

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. M. Мир, 1982, с. 269-271.

Авторское свидетельство СССР

N 1046746, кл. G 05 F 1/56, !981. (54) СТАБИЛИЗАТОР НА!!РЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использоваИзобретсние относится к электротехнике и может быть использовано в приборах электронной техники в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей стабилизатора.

На фиг. 1-3 представлены принципиальные схемы предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит три транзистора

1-3, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора

4-6 и дифференциальный усилитель 7, причем эмиттер первого транзистора но в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений. Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей ° Введение в схему из трех чранзисторов, трех резисторов и дифференциального усилителя дополнительного резистора, включенного между эмиттерами двух транзисторов, позволяет получить не только основное, но и термозависимое напряжение, Внсдение чствертого транзистора и пятого резистора позволяет получить в устройстве высокостабильное напряжение относительно общей шины, а введение пятого транзистора и шестого резистора получить дополнительно термозависимый ток. 2 з,п, ф-лы, 3 ил.

1 соединен с общей шиной, его коллектор и база соединены с базой второго транзистора 2 и через первый резистор 4 с шиной питания, с которой чере второй резистор 5 соединен коллектор второго транзистора 2, эмиттер которого через третий резистор 6 соединен с общей шиной.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит также дополнительный резистор 8, один вывод которого соединен с эмиттером трет его транзистора 3 и является дополнительным выходом термозависимого напряжения U г, а другой вывод соединен с змиттером второго транзистора 2, коллектор которого соединен с инвертирующим вхо1628053 дом дифференциального усилителя 7, неинвертирующий вход которого соединен с базами первого и второго транзисторов 1 и 2, а выход является основным выходом (U ) .устройства и соединен с базой третьего транзистора 3, коллектор которого соединен с базой и коллектором четвертого 9 и базой пятого 10 транзисторов, образующих согласованную пару с проводимостью, противоположной проводимости транзисторов 1-3.

При этом эмиттеры транзисторов

9 и 10 соединены соответственно через пятый и шестой резисторы 11 и 12 с шиной питания источника 13 питания ° Точка соединения коллекторов третьего транзистора 3 и коллектора четвертого транзистора 9 является дополнительным выходом опорного напряжения U<, стабилизированного относительно шины питания, а коллектор пятого транзистора 10 является выходом термозависимого тока.

Стабилизатор напряжения постоянного тока -работает следующим образом.

При включении питания дифференциальный усилитель 7 создает на базе транзистора 3 такое напряжение, при котором потенциал в средней точке резистивного делителя, к которой подключен эмиттер транзистора 2, становится таким, что напряжения на коллекторах этих транзисторов равны (с точностью до напряжения смещения дифференциального усилителя).

Это происходит в случае когда падения напряжения на резисторах

4 и 5 при протекании через них коллекторных токов I, и Т первого и второго транзисторов равны

Т < К4 = Тй Rs ил H Т(R5 (1)

Т2 Ry

Дпя коллекторных токов транзисторов можно записать

U3Б;

Т =I å — — i=12

Чт где Т в - ток насыщения перехода эмиттер " база i-ro транзистора;

U „Б — падение напряжения на

I эмиттерном переходе i-го транзистора;

KT температурный потенциал; т

К - постоянная Больцмана;

Т " абсолютная температура;

q — - заряд электрона.

Для согласованной пары транзисторов

Тss i Issue. тогда

I< 1192

= е — —, (2)

Т2 4т

11 ъ 11ъБ 11 Б

Очевидно, что U равно падению напряжения на резисторе 6. Соответствующим выбором сопротивлений резисторов 4-6 можно получить ток эмиттера транзистора 3

Т ээ Та и Оэа Тээ R6 (3)

Учитывая (1), (2) и (3), получим

R5 Тэь Кб — =e ---Rq . Чг

Чг или I = — 1пР Ry

Таким образом, если выбрать величину резистора 5 достаточно большой (К +>yR<), транзистор 3 с достаточно большим коэффициентом усиления (I 3» Ig; I э = Ig э=Тт) > To транзис" тор 3 можно рассматривать как генератор тока величиной

Тг = А Т, (К 1п КУИФ1 где (А = — — — -- — (30 1 К6

Выбирая соответствующее значение резистора 8, можно добиться, чтобы напряжение U на выходе дифференциального усилителя 7 было стабильным.

35 Для этого необходимо, чтобы его величина была близка к численному значению ширины запрещенной зоны в кремнии. В известных стабилизаторах для генерации такого напряжения исполь40 зуется сложение напряжения эмиттербаза 0эв транзистора 3, имеющего при протекании через него постоянного тока отрицательный и практически постоянный температурный коэффициент

О = -2,39 мВ/ С, с напряжением, имеющим равный ему положительный температурный коэффициент. В описываемом случае через транзистор 3 протекает не постоянный, а прямо пропорциональ50 ный абсолютной температуре ток. Однако и в этом случае температурный коэффициент О(.т также практически.постоянен. Покажем это. Физический . смыслО(; ò это производная U yg

55 по температуре. Известно, что

= Чт lп ——

ЗБ т

К1 или, 11 э Б — -- (1пТ вЂ” 1п Т ) °

5

162805 где I — ток коллектора транзистор»;

Ig — ток насыще ния .

Возьмем производную

1 К КТ 1 dl — (1nI — 1nI ) + --.(- -- — 5 зв

Б5 q I dT д(1п 1%в) dT

Запишем зту формулу для случая 10

dI когда 1 = I фГ (T) н-о dT (1 const);

О 11 з Б — (1 и 1 о — 1 и 1 зэ ) К або q

КТ d(1п?вв) dT

Для случая, когда 1 = 1т = А Т(А

const) и — = А получим

aT °

К 4 "эБ — (1п1 т т звт

К А КТ

А q

1nI ) +

25 тогда

Др(-О(-М - -(1n -- + 1).

К I

30

Примем, что при некоторой температуре То, например комнатно" (T =

293 К), IT Io ° Тогда можно запи" сать Тт/Io Т/То и в температурном диапазоне (-55 С - 125 С) отношение 35

1 /I меняется в пределах 0,744-1,35, а величина 1п?т/Io (-0,3-0,31).

Так как К/q = 0,086 мВ/ С, то в случае коллекторного тока транзистора прямо пропорционального абсолютнои

7 температуре, Q(> практически постоянен и равен:

Мт - Y+ Ь М - 2,47 + О,О2 (В/"С).

Таким образом, для того, чтобы нв выходе дифференциального усилителя 7 получилось стабильное напряжежение, равное сумме напряжений 11 эв и падений напряжений на резисторах

6 и 8, необходимо, чтобы температурный коэффициент этого напряжения был равен 2,47 мВ/ С. Для этого суммарное падение напрякения на резисторах 6 и 8 должно быть равно: U Т

Ф2 47 (MB) (иапример, для температу9 ры 293 К это значение 724 мВ).

При этом напряжение U4 стабилизируется на уровне 1,22 В.

Аналогично такое же напряжение, но относительно другого вывода источника питания стабилизируется на коллекторе транзистора З.и равно сумме напряжений база — эмиттер транзистора

9 (отрицательный температурный коэф" фициент) и падения напряжения на резисторе 11, вызванного протеканием того же пропорционального температуре тока 1- (положительный температурный коэффициент). Величина резистора 11 должна быть равна сумме резисторов 6 и 8.

Коллектор транзистора 10 является источником тока, прямопропорционального температуре, так как этот транзистор совместно с резистором

l2 образует с транзистором 9 и резистором IO схему токового зеркала.

Фор мул а из обре тения ! ° Стабилизатор напряжения постоянного тока содержащий три трант зистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора и дифференциальный усилитель, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, его коллектор и база соединены с базой второго транзистора и через первый резистор — с шиной питания, с которой через второй резистор соединен коллектор второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор соединен с общей шиной, о т л и ч а ю шийся тем, чт<, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительный резистор, один вывод которого соединен с эмиттером третьего транэистора и является выходом термозависимого напряжения, а другой вывод соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с базами первого и второго транзисторов, а выход использован в качестве выхода основного напряжения и соединен с базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с шиной питания.

2. Стабил.. затор по п.1, о т л и ч в ю шийся тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей, в него введен пятый резистор

16280

Фиг. 3

Составитель С. Ситко

Редактор А.Лежнина Техред g. Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 341 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 и четвертый транзистор, включенные в последовательную цепь с коллектором третьего транзистора и шиной питания, причем четвертый транзистор включен с объединенными базой и коллектором, коллектор третьего транзистора использовац в качестве выхода стабильного напряжения относительно шины питания, а указанное соединение осуществлено через упомянутую последовательную цепь.

3. Стабилизатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью pBcUIHpeHHH функциональных

53 в возможностей, в него введены шестой резистор и пятый транзистор противоположного первым трем транзисторам типа проводимости и одинакового типа проводимости с четвертым транэисто" ром, причем коллекторы третьего и четвертого транзисторов, базы четвертого и пятого транзисторов объединены, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов через соответственно пятый и шестой резисторы соединены с шиной питания, при этом коллектор пятого транзистора используется в качестве выхода термоэависимого тока.